轻量化新材料在城轨车辆内装中的应用

[摘 要]近年来，轻量化新材料在城轨车辆内装中的应用问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文结合相关实践经验，分别从聚碳酸酯材料、NGC型铝合金型材、碳纤维材料以及复合铝板等多个角度与方面，就轻量化新材料在城轨车辆内装中的应用问题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

[关键词]轻量化；新材料；城轨车辆；内装

中图分类号：U465 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0172-01

1 前言

作为城轨车辆内装中的一项重要方面，对轻量化新材料的应用占据着极为关键的地位。该项课题的研究，将会更好地提升对轻量化新材料应用的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化城轨车辆内装工作的最终整体效果。

2 聚碳酸酯材料的应用

聚碳酸酯，即俗称的PC材料，与传统的玻璃相比，聚碳酸酯板材具有以下几方面的优势：

2.1 轻量化优势

同等厚度面积的PC重量仅为玻璃的一半，减重效果明显。

2.2 力学性能优势

作为由有机大分子链结构组成的PC材料，韧性和强度大大强于玻璃，主要体现在拉伸强度，冲击强度等方面。在实际的使用过程中，PC不会发生自爆，且受外力冲击不会崩碎，安全性更高。

2.3 隔热性优势

PCk值较玻璃低10%左右，可以更好的隔绝冬天的热量损失以及夏天的热量传入。冬天或夏天空调环境中触碰感觉较玻璃来说，不会很凉。

2.4 隔声性优势

阻隔分贝值较玻璃高10%左右，可以更好的隔绝噪音。

2.5 抗划伤方面

经过硬化涂敷的PC材料，可接近于玻璃的抗划伤效果。

综上所述：聚碳酸酯材料在具有玻璃一系列性能特征的同时，重量仅为玻璃的一半，在轻量化方面优势巨大。内装系统的车窗、屏风、行李架均可以使用聚碳酸酯材料来代替现有的钢化玻璃。

3 NGC型铝合金型材的应用

目前城市轨道交通车辆上的扶手，材质多为不锈钢，重量较大。NGC型铝合金型材因其机械性能、防腐性能及成形焊接性能方面的特点，具备了替代不锈钢作为扶手基材的可能，使用铝合金扶手将比不锈钢扶手减重50%以上。

NGC型合金、防锈铝LF5合金、Us5083按《轻金属材料和加工手册》规定的快速腐蚀条件，用3%氯化钠+1%过氧化氢（重量比）作腐蚀介质，在25℃，全浸96小时，腐蚀速度对比：

为了提高铝合金扶手的表面硬度和耐磨性，通常还需进行硬质阳极氧化处理，氧化膜厚度在20μm，硬度（HV）3500MPa以上的称为硬质氧化膜，表面处理工艺顺序：机械抛光拉丝除油清洗化学抛光水洗中和硬质阳极氧化水洗封孔烘干。硬质阳极氧化膜受溶液组成、浓度、温度、电流密度等多种条件的影响，而其中影响最大的是温度。溶液温度越低，氧化膜的硬度就越高。

随着轨道交通车辆的不断创新发展，NGC型铝合金扶手在车辆上的应用必定会得到更加广泛的推广。

4 碳纤维材料的应用

碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。

碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维（GF）相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维（KF-49）相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。

碳纤维密度不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3000MPa以上，是钢的7～8倍，抗拉弹性模量为23000～43000MPa亦高于钢。因此碳纤维增强复合材料的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/（g/cm3）以上，而A3钢的比强度仅为59MPa/（g/cm3）左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程机械的广阔应用前景。

目前城市轨道车辆上的司机室面罩所使用材料为玻璃纤维增强的热固塑料，该结构密度低，强度好，城轨车辆的面罩一般在250kg～320kg左右。为达到更轻量化的目的，可以采用碳纤维增强的热固塑料，碳纤维相比玻璃纤维而言密度更小，性能更加卓越。

碳纤维的密度约为钢的1/5，玻璃纤维的2/3，抗拉强度却能达到钢的7-8倍左右，玻璃纤维的2倍以上。

使用碳纤维替代玻璃纤维去制作地铁车辆的司机室面罩，在保证面罩相关性能要求的前提下，轻量化方面优势明显。随着轨道交通的不断发展，碳纤维在车辆内装件上的应用必将愈发广泛。

5 复合铝板的应用

复合铝板，又称铝塑复合板，是由多层材料复合而成，上下层为经过化学处理的涂装铝板，中间层为无毒低密度聚乙烯（PE）芯板，在专用铝塑板生产设备上加工而成的复合材料。

复合铝板具有如下所述的性能特点：

5.1 剥离强度高

铝塑复合板最关键的技术指标-剥离强度，因特殊的复合工艺被提高到了极佳状态，使铝塑复合板的平整度、耐候性方面的性能都相应提高。

5.2 防火性能卓越

铝塑板中间是阻燃的物质PE塑料芯材，两面是极难燃烧的铝板层，因此具有良好的防火性能。

5.3 耐冲击性

耐冲击性强、韧性高、弯曲不损面漆。

5.4 易保养

自清洁性好，只需用中性的清洗剂和清水即可，清洗后板材永久如新。

5.5 材质轻

铝蜂窝板每平方米的重量在11kg左右，复合铝板每平方米的重量仅在3.5kg～5.5kg左右，轻量化优势明显。

城市轨道车辆的内装墙板基材通常有复合铝板、铝蜂窝板、玻璃钢等，其中复合铝板在满足结构强度、防火环保的前提下具有明显的轻量化优势。

6 结束语

综上所述，加强对轻量化新材料在城轨车辆内装中应用的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的轻量化新材料应用过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

⒖嘉南

[1] 张红英，欧阳八生.汽车轻量化之有效途径――高分子材料的应用[J].模具技术.2016（10）：60-62.

[2] 刘国芳，王智文.北美汽车轻量化材料技术发展动态[J].汽车工艺与材料.2017（01）：115-116.